FR2874241A1

FR2874241A1 - Centrifugal impeller for pump and centrifugal blower, has hub and ring including trailing edge radii greater than trailing edge radii of truncated blade for closing of slipstream and detent of circulating fluid

Info

Publication number: FR2874241A1
Application number: FR0408908A
Authority: FR
Inventors: Max Sardou
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2006-02-17

Abstract

The impeller has a hub and a ring including trailing edge radii greater than trailing edge radii (14, 14`) of a truncated blade (2) for closing of slipstream and detent of a circulating fluid. Closing sections of adjacent blades cooperate with each other in a diffuser zone. A channel, in which the fluid flows between the two blades, is delimited by sides (5) of the blades through an interior wall of the ring and a top part of the hub.

Description

ROUE CENTRIFUGES A HAUT RENDEMENTHIGH PERFORMANCE CENTRIFUGAL WHEEL

A) DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne l'optimisation du dessin des roues centrifuges utilisées pour confectionner des pompes ou des ventilateurs centrifuges ayant un sens de 5. rotation unique. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the optimization of the design of centrifugal wheels used to make pumps or centrifugal fans having a single direction of rotation.

B) ÉTAT DE LA TECHNIQUE La majorité des roues centrifuges utilisent des profils à épaisseur constante cintrée ou des profils dit aérodynamiques ayant un bord de fuite unique effilée une épaisseur variable le long du squelette. B) STATE OF THE ART The majority of the centrifugal wheels use curved constant thickness profiles or so-called aerodynamic profiles having a single tapered trailing edge of variable thickness along the skeleton.

Du fait de la géométrie radiale de ce type de machine on constate une diminution progressive de la vitesse radiale de l'écoulement et en général une inclinaison vers l'arrière du vecteur vitesse de sortieVsl (voir fig. 1) si bien que le produit d'EULER donnant l'énergie E= Wul *U est faible. Due to the radial geometry of this type of machine a gradual decrease in the radial velocity of the flow and in general a backward inclination of the output velocity vector Vs1 (see Fig. 1) is observed, so that the product of Euler giving the energy E = Wul * U is weak.

On constate également sur nombre de roues un fort gradient de vitesse au droit de la sortie, lié au fait que le fluide a tendance à décoller de la pale coté sous le vent et à se ségréguer coté au vent. Ce phénomène peut aller jusqu'au décollement total du profil coté sous le vent. Ce phénomène induit un mauvais rendement et un niveau sonore important, dans le cas des pompes il induit de la cavitation. On a number of wheels, there is also a strong speed gradient at the exit, due to the fact that the fluid tends to take off from the blade on the leeward side and segregate on the windward side. This phenomenon can go up to the total detachment of the lee side profile. This phenomenon induces a poor performance and a high noise level, in the case of pumps it induces cavitation.

Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients. The object of the invention is to overcome these disadvantages.

La présente invention a pour objet de définir une géométrie optimale de la roue centrifuge C) CONTENU DES FIGURES La figure 1 représente la vue de la composition des vecteurs vitesse au bord de fuite du profil: É Vs 1 est la vitesse de sortie du fluide tangente au profil 9 de sortie dans un design classique à action incliné vers l'arrière É Vs2 est la vitesse de sortie du fluide tangente au profil 9 de sortie à iso vitesse dans un design de sortie radial. The present invention aims to define an optimal geometry of the centrifugal wheel C) CONTENTS OF THE FIGURES FIG. 1 represents the view of the composition of the velocity vectors at the trailing edge of the profile: É Vs 1 is the exit velocity of the tangent fluid to the output profile 9 in a conventional backward-sloping design E Vs2 is the output velocity of the fluid tangent to the iso-velocity output profile 9 in a radial output design.

É Vs3 est la vitesse de sortie du fluide tangente au profil au profil 9 de sortie dans un design à réaction incliné vers l'avant c'est à dire allant dans le même sens que U vitesse de rotation É Us est la vitesse de rotation tangente locale. É Vs3 is the output velocity of the fluid tangent to the profile at the outlet profile 9 in a forward-sloping reaction design that is to say in the same direction as U rotation speed U Us is the tangent rotation speed local.

É Wsl est la somme vectorielle de Vsl et de Us É Ws2 est la somme vectorielle de Vs2 et de Us É WUs l est la projection de Ws 1 sur Us É WUs2 est la projection de Ws2 sur Us La figure 2 représente la vue en coupe du profil 2 selon l'invention La figure 3 représente la vue de dessus de la roue équipée des profils 2, 2' etc. selon l'invention La figure 4 représente la vue en coupe en élévation le long de l'axe 0 configurée selon une variante de l'invention. lo 5. E Wsl is the vector sum of Vsl and Us Ws2 is the vector sum of Vs2 and Us WUs l is the projection of Ws 1 on Us WUs2 is the projection of Ws2 on Us Figure 2 represents the sectional view of profile 2 according to the invention Figure 3 shows the top view of the wheel equipped with profiles 2, 2 'etc. According to the invention Figure 4 shows the sectional elevational view along the axis 0 configured according to a variant of the invention. lo 5.

D) DESCRIPTION DES ELEMENTS DES FIGURES D) DESCRIPTION OF THE ELEMENTS OF THE FIGURES

0) Axe de symétrie et de rotation de la roue 1) Ouie d'admission du fluide 2) 2') etc. Pale 3) Anneau tournant 4) Moyeu 5) Coté sous le vent de la pale 6) Coté au vent de la pale 7) Bord d'attaque de la pale 8) Bord de fuite coté au vent de la pale 9) Bord de fuite coté sous le vent de la pale 10) Bord d'attaque des anneaux de recirculation 11) Zone de retournement des anneaux de recirculation 12) Cercle local d'implantation de bord d'attaque. Remarque ce cercle peut être différent suivent son abscisse par rapport à l'axe 0 13) Zone de sortie de fluide servant de diffuseur rotatif et s'étendant du rayon 14 au bords extrêmes des pièces 3 & 4 14) Rayon sous tendant le bord de fuite 9. Remarque ce rayon peut être différent suivent son abscisse par rapport à l'axe 0 14') Rayon sous tendant le bord de fuite 8. Remarque ce rayon peut être différent suivent son abscisse par rapport à l'axe 0 15)Rayon sous tendant le bord d'attaque. Remarque ce rayon peut être différent suivent son abscisse par rapport à l'axe 0 16) Arc de sortie défini par la distance curviligne de rayon 14 et s étendant du bord de fuite 8 d'une première pale 2 au bord de fuite 9 d'une seconde palle 2' immédiatement contiguë. Remarque cet arc peut être différent suivent son abscisse par rapport à l'axe 0 17) Canaux dans lequel s'écoule le fluide entre deux pales délimités latéralement par les coté 5 & 6 de deux pales consécutives et verticalement par une partie des éléments de fermeture constitues par la paroi intérieure de l'anneau tournant 3 et la partie supérieure du moyeu 4 18) Partie de surface du moyeu mouillée par les filets fluides comprise entre le rayon 14 et le rayon 15 local 19) Partie de surface de l'anneau mouillée par les filets fluides comprise entre le rayon 14 et le rayon 15 local Remarque on désigne par: É Abscisse par rapport à l'axe 0 la position du plan de mesure choisie le long de l'axe O É Sur une même pale, on passe du coté au vent, au coté sous le vent en suivant le vecteur vitesse de rotation U H) Entrefer, distance locale entre anneau tournant et moyeux (envergure locale de la pale) U) Vitesse de rotation V) Vitesse d'avancement du fluide W) Vitesse résultante de la somme vectorielle de U et V WU) Vitesse W projetée sur le vecteur U local e) indice désignant l'entrée exemple Ue signifie vitesse locale de rotation à l'entrée s) indice désignant la sortie exemple Ue signifie vitesse locale de rotation à la sortie 15 20 30 La surface d'entrée Se de la roue est définie par le produit de son cercle d'entrée 12 et de son entrefer He la surface de sortie Ss de la roue est définie par le produit son arc sous tendu 16 par son entrefer Hs de sortie multiplié par le nombre d'entrefers ménagés dans la roue 5. ( égal au nombre de pales) REMARQUES: É Il est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. 0) Axis of symmetry and rotation of the wheel 1) Entrance of the fluid 2) 2 ') etc. Blade 3) Rotating ring 4) Hub 5) Windward side of the blade 6) Windward side of the blade 7) Leading edge of the blade 8) Reach edge windward of the blade 9) Trailing edge windward side of the blade 10) Leading edge of the recirculation rings 11) Reversing ring turning area 12) Local leading edge implantation circle. Note that this circle may be different depending on its abscissa with respect to axis 0. 13) Fluid outlet zone serving as a rotating diffuser and extending from radius 14 to the extreme edges of parts 3 & 4 14) Radius subtending the edge of leak 9. Note this radius may be different depending on its abscissa relative to the axis 0 14 ') Radius sub tending the trailing edge 8. Note this radius may be different follow its abscissa relative to the axis 0 15) Radius sub tending the leading edge. Note that this radius may be different according to its abscissa with respect to the axis 0. 16) Output arc defined by the curvilinear distance of radius 14 and extending from the trailing edge 8 of a first blade 2 to the trailing edge 9 of a second pale 2 'immediately contiguous. Note that this arc can be different depending on its abscissa with respect to the axis 0 17) Channels in which the fluid flows between two blades delimited laterally by the sides 5 & 6 of two consecutive blades and vertically by a part of the closing elements constituted by the inner wall of the rotating ring 3 and the upper part of the hub 4 18) Wafer-shaped surface portion of the hub by the fluid threads between the spoke 14 and the local radius 15) Surface portion of the wet ring by the fluid threads between the radius 14 and the local radius 15 Note is designated by: É Abscissa relative to the axis 0 the position of the measurement plane chosen along the axis O É On the same blade, we pass on the windward side, on the downwind side following the rotation speed vector UH) Air gap, local distance between rotating ring and hubs (local blade pitch) U) Speed of rotation V) Speed of advance of the fluid W) Speed resulted number of the vector sum of U and V WU) Speed W projected on the vector U local e) index designating the input example Ue means local speed of rotation at the input s) index designating the output example Ue means local speed of rotation at the exit 15 20 30 The input surface Se of the wheel is defined by the product of its input circle 12 and its air gap He the output surface Ss of the wheel is defined by the product its arc under tension 16 by its air gap Hs multiplied by the number of air gaps in the wheel 5. (equal to the number of blades) NOTES: É It is first of all specified that, in the figures, the same references designate the same elements, whatever the figure on which they appear and whatever the form of representation of these elements. Similarly, if elements are not specifically referenced in one of the figures, their references can be easily found by referring to another figure.

É Il est aussi précisé que les figures représentent plusieurs modes de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. It is also pointed out that the figures represent several embodiments of the object according to the invention, but that there may be other embodiments that meet the definition of this invention.

É Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si les modes de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustrés comportent plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments. It is furthermore specified that, when, according to the definition of the invention, the subject of the invention comprises "at least one" element having a given function, the embodiment described may comprise several of these elements. Conversely, if the embodiments of the object according to the invention as illustrated comprise several elements of identical function and if, in the description, it is not specified that the object according to this invention must obligatorily comprise a number particular of these elements, the object of the invention may be defined as comprising "at least one" of these elements.

É Il est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, [par exemple E _ E(p, 2, e, ...)] ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, [par exemple e, et/ou r, et/ou p, Finally, it is pointed out that when, in the present description, an expression alone defines, without specific specific reference to it, a set of structural characteristics, for example E _ E (p, 2, e, ...). ] these characteristics can be taken, for the definition of the object of the protection requested, when technically possible, either separately, [eg e, and / or r, and / or p,

.] soit en combinaison totale et/ou partielle[par exemple E( s, r, p), et/ou E( e, r), et/ou E( r, p), et/ou E( e, p)]. 5...DTD: E) PRINCIPE DE LA CIRCULATION DU FLUIDE DANS LA ROUE SELON L' INVENTION L'énergie E d'EULER produite par la roue est le produit Wu*Us = E. On constate que Wu2*Us = E2 est supérieur a WUs 1 *Us = El Une roue est dite adaptée lorsque la vitesse We du fluide qui pénètre la surface Se est égale a la vitesse Ws de sortie du fluide au bord de fuite des palles, situé à un rayon de sortie 14. .] in full and / or partial combination [eg E (s, r, p), and / or E (e, r), and / or E (r, p), and / or E (e, p )]. 5 ... DTD: E) PRINCIPLE OF THE CIRCULATION OF FLUID IN THE WHEEL ACCORDING TO THE INVENTION The EULER energy E produced by the wheel is the product Wu * Us = E. We see that Wu2 * Us = E2 is A wheel is said to be adapted when the speed We of the fluid which penetrates the surface Se is equal to the output speed Ws of the fluid at the trailing edge of the blades, situated at an output radius 14.

Le but de l'invention est: É D'émettre un débit de sortie de roue à une vitesse Ws la plus grande possible pour maximiser l'énergie d' EULER c'est à dire que préférentiellement on vise à créer une vitesse Ws égale ou mieux supérieure à We. The object of the invention is: é To emit a wheel output flow at a maximum speed Ws possible to maximize the energy of EULER, that is to say that preferentially one aims to create an equal speed Ws or better superior to We.

É D'émettre un débit de sortie de roue à une vitesse Ws la plus homogène possible orienté préférentiellement radialement ou vers l' avant. (réaction) É De créer des conditions d'homogénéité de l'écoulement a l'intérieur des canaux 17 É Et en particulier de créer des conditions de non-décollement a proximité de la paroi 5 qui est très largement décollée dans les design classique ce qui est source de perte de rendement et de bruit. É To emit a wheel output flow at a speed Ws as homogeneous as possible, preferably oriented radially or towards the front. (Reaction) To create conditions of homogeneity of the flow inside the channels 17 And in particular to create non-detachment conditions close to the wall 5 which is largely unstuck in the conventional design. which is a source of yield loss and noise.

Pour atteindre cet objectif il est préférable que la surface Se d'entrée soit égale ou supérieure a la surface de sortie Ss. To achieve this goal it is preferable that the input surface Se is equal to or greater than the output surface Ss.

l'égalité ou la supériorité est réalisée par exemple: 1. A entrefer constant (entrefer d'entrée égal à l'entrefer de sortie), en ayant recours à des pales dotées d'un double bord de fuite 8 & 9 dont on ajuste l'entraxe. equality or superiority is achieved for example: 1. A constant air gap (input air gap equal to the output air gap), using blades with a double trailing edge 8 & 9 which is adjusted the center distance.

2. A entrefer variable (entrefer d'entrée préférentiellement supérieur à l'entrefer de sortie), en ayant préférentiellement recours à des pales dotées d'un double bord de fuite 8 & 9 dont on ajuste l'entraxe. 2. A variable air gap (input air gap preferably greater than the output air gap), preferably using blades with a double trailing edge 8 & 9 which is adjusted to the center distance.

Les pales sont considérées, dans le cadre de l'invention, comme le tronçon d'attaque d'un profil d'aile dit épais tronqué en 8 & 9 préférentiellement à son maximum d'épaisseur. In the context of the invention, the blades are considered as the leading section of a so-called thick wing profile truncated at 8 & 9, preferably at its maximum thickness.

Le tronçon de fermeture du profil d'aile est constitué de manière adaptative par les deux tourbillons fluide de recirculation que l'on stabilise avec les bords de fuite 8 & 9 et avec les pièces de culot 10 et 11. The closure section of the wing profile is adaptively formed by the two recirculating fluid vortices which are stabilized with the trailing edges 8 & 9 and with the base pieces 10 and 11.

la coopération des tronçons de fermetures des différentes pales adjacentes dans la zone de diffuseur 13 assure l'homogénéité et la détente du fluide dans le diffuseur Préférentiellement, lorsque l'on se déplace dans le sens du fluide, pour obtenir une homogénéité optimale et une énergie d'EULER maximale, les différentes parois 5 & 6 ainsi que 18 & 19 doivent converger avec un angle optimum de 30 degrés entre elles. the cooperation of the closure sections of the different adjacent blades in the diffuser zone 13 ensures the homogeneity and expansion of the fluid in the diffuser. Preferably, when moving in the direction of the fluid, to obtain optimum homogeneity and energy of maximum EULER, the different walls 5 & 6 as well as 18 & 19 must converge with an optimum angle of 30 degrees between them.

Ce traitement géométrique correspond à donner aux canaux 17 une géométrie voisine de celle d'un convergent de tuyère de LAVAL. This geometric treatment corresponds to giving the channels 17 a geometry similar to that of a convergent LAVAL nozzle.

On peut se contenter avantageusement de ne faire converger que deux surfaces. We can be content with advantage to converge only two surfaces.

De manière à optimiser fouie d'admission et la conversion de l'écoulement axial en écoulement radial on a avantage à travailler surtout coté anneau tournant la convergence en maximisant le rayon de l'ellipse d'admission depuis fouie 1 jusqu'au rayon local de sortie 14 Remarques: É On peut avantageusement raccorder les surfaces verticales de type 5 & 6 appartenant aux pales et 18 & 19 appartenant à l'anneau tournant & au moyeu de façon qu'il n'y ai pas d'angle droit au raccordement mais un remplissage de forme elliptique. ( ce type de traitement, est appelé KARMAN et est connu de l'homme de l'art par exemple pour la zone de raccordement d'une aile avec le fuselage sur un avion) É La zone de troncature entre les bords de fuite 8 & 9 d'une même pale peu 25 avoir toute forme possible à commencer par une simple surface droite s'étendant de 8 à 9. In order to optimize inlet melt and the conversion of axial flow into radial flow it is advantageous to work especially on the ring rotating convergence by maximizing the radius of the inlet ellipse from fout 1 to the local radius of output 14 Notes: É The vertical surfaces of type 5 & 6 belonging to the blades and 18 & 19 belonging to the rotating ring & to the hub can advantageously be connected so that there is no right angle to the connection but an elliptical filling. (This type of treatment is called KARMAN and is known to those skilled in the art for example for the connection area of a wing with the fuselage on an airplane) The truncation zone between the trailing edges 8 & 9 of the same blade can have any shape possible starting with a simple straight surface ranging from 8 to 9.

É On peut réaliser une combinaison alternée de pales tronquées telle que revendiquées par l'invention et de pales classiques É L'anneau tournant peut être arrêté dés le rayon 14 local et poursuivit par un anneau fixe de forme équivalente on désigne désormais par anneau cette forme qu'elle soit tournante ou fixe dimensionnée pour permettre la fermeture du sillage et la détente du fluide É Le moyeu peut être arrêté dés le rayon 14 local et poursuivit par un moyeu fixe de forme équivalente on désigne désormais par moyeu cette forme qu'elle soit tournante ou fixe dimensionnée pour permettre la fermeture du sillage et la détente du fluide É Les rayons 14 & 14' peuvent être de dimensions différentes à abscisse identique É L'orientation des bords de fuite, préférentiellement radiale, peut être différente 40 et inclinée vers l'avant ou l'arrière. It is possible to realize an alternating combination of truncated blades as claimed by the invention and conventional blades. The rotating ring can be stopped from the local radius 14 and continued by a fixed ring of equivalent shape. whether it is rotating or fixed sized to allow the closing of the wake and the expansion of the fluid E The hub can be stopped from the local radius 14 and continued by a fixed hub of equivalent shape is now designated by hub this shape it is rotating or fixed dimensioned to allow the closing of the wake and the expansion of the fluid É The spokes 14 & 14 'may be of different dimensions with identical abscissa É The orientation of the trailing edges, preferably radial, may be different 40 and inclined towards the 'front or back.

É L'orientation des bords de fuite 8 & 9 peuvent être différentes ou analogues i0 15 Io É The orientation of the trailing edges 8 & 9 may be different or similar i0 15 Io

Claims

1. high efficiency centrifugal wheel comprising a hub 4 a ring 3 and blades 2, characterized by the use of truncated blades with two trailing edges 8 & 9 2. high efficiency centrifugal wheel according to claim 1, characterized by the use of truncated blades with two trailing edges 8 & 9 in cooperation (alternation) with conventional single-trailing-edge blades 3. high efficiency centrifugal wheel according to claims 1 & 2, characterized by the use of a ring 3 whose trailing edge radius is beyond the trailing edges 14 & 14 'of the blades to allow the closing of the wake and the expansion of the high-efficiency centrifugal wheel 4. according to claims 1 & 2, characterized by the use of a hub 4 whose trailing edge radius is beyond the trailing edges 14 & 14 'of the blades to allow the closing of the wake and the expansion of the fluid